Increased antimicrobial activity of ZnO nanoparticle thin films: Effect of surface structuration
Amélioration de l'activité antimicrobienne des films minces de nanoparticules de ZnO : Effet de la structuration de la surface
Résumé
In dieser Arbeit wird die antimikrobielle Wirksamkeit von ZnO-Nanopartikel-Filmen mit unterschiedlicher Mikrostruktur, kristallografischer Ausrichtung und Oberflächenrauhigkeit untersucht. Dünne Filme mit unterschiedlichen Mikrostrukturen wurden durch Variation der Vorläuferkonzentrationen (0,1 M, 0,25 M und 0,4 M) und Lösungsmittelarten (Ethanol, Propanol und Butanol) hergestellt. Die Charakterisierung der Filme durch Röntgenbeugung (XRD) ergab Filme mit unterschiedlichen Orientierungsgraden entlang der c-Achse, die mit der Konzentration des Vorläufers und mit der Abnahme der Kohlenstoffkettenlänge des Alkohols zunahmen. Die Raman-Spektroskopie-Analyse bestätigte die Bildung eines hexagonalen wurtzitischen ZnO. Die rasterelektronenmikroskopische Analyse (SEM) zeigte die Bildung dichter und homogener Schichten mit einer Dicke von 93 nm. Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) zeigte Veränderungen in der Unregelmäßigkeit der Oberfläche und eine Zunahme der Oberflächenrauhigkeit mit der Kohlenstofflänge des Lösungsmittels und eine maximale Rauheit bei einer Vorläuferkonzentration von 0,25 M in Propanol. Die antimikrobielle Aktivität wurde in Anlehnung an die ISO-Norm 22196:2011 mit wenigen Modifikationen bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass ZnO-NP-Filme mit raueren Oberflächen die Populationen von Coli-Bakterien (gram(-)), Pseudomonas aeruginosa (gram(-)) und Staphylococcus aureus (gram(+)) aufgrund einer Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen NPs und Bakterien reduzierten. Ihre Wirksamkeit gegen Candida albicans war mäßig, mit einer maximalen Reduktion von 0,72 Log10 CFU/cm2 bei rauerem Film.
This work explores the antimicrobial efficacy of ZnO nanoparticles (NPs) films with varying microstructure, crystallographic orientation and surface roughness. Thin films with different microstructures were obtained by varying precursor concentrations (0.1 M, 0.25 M, and 0.4 M) and solvent types (Ethanol, Propanol, and Butanol). The characterization of the films by X-ray diffraction (XRD) revealed films with varying degrees of orientation along the c-axis, which increased with the concentration of the precursor and with the decrease in the carbon chain length of the alcohol. Raman spectroscopy analysis confirmed the formation of a hexagonal wurtzite ZnO. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis revealed the formation of dense and homogeneous films with a thickness of 93 nm. Atomic force microscopy (AFM) showed changes in surface irregularity and an increase in surface roughness with the carbon length of solvent and a maximum roughness at a precursor concentration of 0.25 M in propanol. The antimicrobial activity was assessed following ISO 22196:2011 standards with few modifications. Results indicated that ZnO NPs films with rougher surfaces reduced coli (gram(-)), Pseudomonas aeruginosa (gram(-)) and Staphylococcus aureus (gram(+) ) bacteria populations due to an increase of contact surface between NPs with bacteria. Their effectiveness against Candida albicans was moderate, with a maximum reduction of 0.72 Log10 CFU/cm2 with rougher film.
Ce travail explore l'efficacité antimicrobienne des films de nanoparticules de ZnO dont la microstructure, l'orientation cristallographique et la rugosité de surface varient. Des films minces avec différentes microstructures ont été obtenus en variant les concentrations de précurseurs (0,1 M, 0,25 M et 0,4 M) et les types de solvants (éthanol, propanol et butanol). La caractérisation des films par diffraction des rayons X (XRD) a révélé des films avec différents degrés d'orientation le long de l'axe c, qui augmentent avec la concentration du précurseur et avec la diminution de la longueur de la chaîne de carbone de l'alcool. L'analyse par spectroscopie Raman a confirmé la formation d'un ZnO hexagonal wurtzite. L'analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) a révélé la formation de films denses et homogènes d'une épaisseur de 93 nm. La microscopie à force atomique (AFM) a montré des changements dans l'irrégularité de la surface et une augmentation de la rugosité de la surface avec la longueur de carbone du solvant et une rugosité maximale à une concentration de précurseur de 0,25 M dans le propanol. L'activité antimicrobienne a été évaluée conformément aux normes ISO 22196:2011 avec quelques modifications. Les résultats indiquent que les films de NPs de ZnO avec des surfaces plus rugueuses réduisent les populations de bactéries coli (gram(-)), Pseudomonas aeruginosa (gram(-)) et Staphylococcus aureus (gram(+)) en raison d'une augmentation de la surface de contact entre les NPs et les bactéries. Leur efficacité contre Candida albicans était modérée, avec une réduction maximale de 0,72 Log10 CFU/cm2 avec le film le plus rugueux.
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